Eine mikroelektronische Entdeckung verbindet Strom und den Menschen

Panta rhei – Alles fließt. So lautet die übliche Übersetzung des griechischen Lehrsatzes. “Alles bewegt sich fort und nichts bleibt”, so gab Platon die Heraklitsche Erkenntnis weiter. Das Sein ist nicht statisch, sondern als Wandel zu begreifen. Strom braucht dieses Fließen und teilt dieses dynamische Wesen mit dem menschlichen Organismus. Nur funktionieren biologische Zellen und elektronische Information nicht auf die gleiche Art und Weise. Forschern der Universität Maryland ist es nun gelungen, Bakterienzellen so zu manipulieren, dass sie mit elektrischen Impulsen manipuliert werden können. Theoretisch könnten damit Krankheiten nicht nur einfach erfasst, sondern auch zielgerichtet behandelt werden.

Das Forscherteam hat im Jänner 2017 seinen Forschungsstand publiziert. Demnach haben sie eine Klasse von Molekülen entdeckt, die Elektronen transportieren und an einer bestimmten Stelle abliefern können. Ein solches System beruht nicht auf molekularen Signalen, die die Genexpression steuern und durch Messung von Hormonen oder Nährstoffen bestimmt werden. Vielmehr haben die Forscher ein synthetisches System entwickelt, das Bakterienzellen erlaubt, die Informationen von Elektronen zu verstehen. Diese Verbindung zwischen Elektronen und Biologie ermöglicht, Bakterien so zu programmieren, dass sie bestimmte Wirkstoffe an vorher bestimmte Stellen im Körper transportieren.

Übersetzungsleistung

Biologisch betrachtet resultiert jegliche Aktivität aus dem Transfer von Molekülen zwischen Zellen und Gewebe. Infektiöse Bakterien scheiden molekulare Giftstoffe aus und setzen sich mit Hilfe von Rezeptoren an der Haut fest. Zweck Krankheitsheilung, müssen die Moleküle erkannt werden, um die Bakterien zu identifizieren und deren Aktivität festzustellen. Dann kann eine Antwort (Behandlung) beschlossen werden. Mikroelektronische Geräte kommunizieren hingegen nicht über Moleküle, sondern über Elektronen einer Energiequelle. Elektronen bewegen sich frei durch Drähte oder andere Leiter, aber in biologischen Systemen ist ihnen das unmöglich.

Krankheitserkennung und gezielte Behandlung

Das Forscherteam hat nun einen Weg gefunden, dieses Incommunicado zu überwinden. Sie haben ein synthetisches Schaltsystem in Bakterienzellen entwickelt, das Elektronen anstelle von Hormonen oder Nährstoffen erkennt. Entsprechend manipulierte körpereigene Zellen können mit einem Impuls von einem externen Gerät ein- oder ausgeschaltet werden. So ließen die Forscher eine bestimmte Bakterienzelle auf Kommando grünlich leuchten. Auch konnten biologische Informationen in elektronische Signale übersetzt werden und die Fortbewegung von Zellen beeinflusst werden. Damit könnten Krankheiten schnell erkannt und Wirkstoffe gezielt im Körper transportiert werden.

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Bild: Wikimedia

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